EP3018338A1 - Kraftstoffinjektor und verfahren zum herstellen eines kraftstoffinjektors - Google Patents

Kraftstoffinjektor und verfahren zum herstellen eines kraftstoffinjektors Download PDF

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EP3018338A1
EP3018338A1 EP15190132.9A EP15190132A EP3018338A1 EP 3018338 A1 EP3018338 A1 EP 3018338A1 EP 15190132 A EP15190132 A EP 15190132A EP 3018338 A1 EP3018338 A1 EP 3018338A1
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EP
European Patent Office
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fuel injector
sensor element
region
injector
deformation region
Prior art date
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Ceased
Application number
EP15190132.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Dirscherl
Reinhold Melcher
Holger Rapp
Peter Cromme
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3018338A1 publication Critical patent/EP3018338A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/005—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/247—Pressure sensors
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    • F02M2200/8038—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly the assembly involving use of adhesives, glue or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8084—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving welding or soldering

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector, in particular a common rail injector, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a fuel injector according to the preamble of the independent method claim.
  • a fuel injector according to the preamble of claim 1 and a method for producing a fuel injector according to the preamble of the independent method claim are from the post-published DE 10 2014 209330 A1 the applicant known.
  • a measuring device with a sensor element which is arranged in the region of a supply bore on the injector housing is used in particular for detecting the point in time of the closing of the nozzle needle when it hits its seat in the injector housing and thereby at least indirectly closes the injection opening formed in the injector housing ,
  • the supply bore supplies a high-pressure space, in which the nozzle needle is arranged, with fuel under high pressure.
  • the injector housing in the region of the measuring device on a deformation region which is formed elastically deformable in dependence on the fuel pressure in the supply bore.
  • the deformation area bulges outwards, which can be detected by means of the sensor element.
  • the sensor element is connected to the deformation region by means of an adhesive bond and designed to detect strains or tensile stresses occurring in the contact region to the injector housing, wherein the size or height of the strains is dependent on the pressure in the supply bore.
  • Characteristic of the mentioned closing of the injection openings through the nozzle needle is that thereby takes place (relatively strong or faster) pressure increase in the supply line, since no more fuel is discharged via the injection openings, wherein the pressure increase is detected by means of the sensor element.
  • the latter During operation of the internal combustion engine, the latter has an elevated operating temperature relative to the ambient temperature, which also transfers to the region of the measuring device via the injector housing of the fuel injector, even if the measuring device is arranged in a region of the fuel injector which is remote from the combustion chamber.
  • the bonding of the sensor element with the deformation region during manufacture of the fuel injector takes place at normal room temperatures of, for example, about 20 ° C.
  • the voltages occurring during operation, in particular in the sensor element and the adhesive composition are relatively high, since these are caused both by the stresses caused by the operating temperature and the expansion of the components, as well as from the voltages caused by the fuel pressure.
  • Such, relatively high strains or tensile stresses are critical for both the life of the adhesive bond as well as for the life of the sensor element.
  • the invention has the object, a fuel injector, in particular a common rail injector, According to the preamble of claim 1 and a method for producing a fuel injector according to the preamble of the independent method claim such that the detected by means of the sensor element strains or tensile stresses compared to the prior art, in particular during operation of the internal combustion engine at operating temperature, are reduced.
  • the connection between the components considered over the operating life of the fuel injector should have better properties and be exposed to the sensor element lower loads.
  • a fuel injector in particular a common rail injector, with the characterizing features of claim 1, characterized in that the material connection is formed so that when they are manufactured, the sensor element at least in the region of a connecting surface and the fuel injector at least in the deformation region can be heated to a temperature higher than the ambient temperature.
  • the components in the connection region between the sensor element and the injector housing are made larger than the room temperature due to the thermal expansion coefficients of the components.
  • Such a design of the fuel injector causes no strains or tensile stresses are introduced into the sensor element at the above-mentioned elevated temperature means of the sensor element, the components are thus de-energized.
  • cooling takes place after production of the fuel injector due to the shrinkage of the components to compressive stresses in the splice and in the sensor, which counteract the occurring during operation of the fuel injector in the engine strains or tensile stresses in the sensor element and thus weaken them.
  • the advantage is achieved that the maximum occurring strains or tensile stresses are reduced compared to the prior art.
  • this is designed as an adhesive bond using a thermosetting adhesive.
  • a thermosetting adhesive is particularly advantageous since it allows a particularly high strength of the connection point between the fuel injector and the sensor element at the usual operating temperatures.
  • the cohesive connection between the deformation region of the fuel injector and the sensor element is not limited to adhesive bonds.
  • this is designed as a solder or welded connection.
  • the deformation region and the sensor element in the region of the cohesive connection are each formed flat.
  • an arrangement of the deformation region in the region of the supply bore or a branch arranged in operative connection with the supply bore is particularly preferred. Both arrangements have the advantage that they allow a relatively combustion chamber remote arrangement of the sensor element or the measuring device, so that the temperatures occurring there during operation, compared to a combustion chamber near place of attachment, are reduced. Moreover, when using a branch which is operatively connected to the supply hole, it is possible to arrange the sensor element in the circumferential direction of the fuel injector at almost any location so as to be able to consider the installation situation of the fuel injector in the internal combustion engine.
  • the idea according to the invention for reducing the strains or tensile stresses which are detected by the sensor element can be applied to different types of sensor elements.
  • sensor elements which are formed as a piezoelectric element or at least have a strain gauge.
  • the deformation region on the injector housing can be formed in a particularly simple manner by arranging it in the region of a blind-hole-shaped depression or a flattening.
  • the invention also encompasses a method for producing a fuel injector, in particular a fuel injector described so far, in which an injector housing is connected to a sensor element in a deformation region which elastically deforms as a function of a fuel pressure by means of a material-locking connection, wherein the sensor element is designed to be in To detect deformation of occurring tensile or compressive stresses.
  • the method is characterized in that in the formation of the cohesive connection of the fuel injector at least in the deformation region and the sensor element at least on the side facing the deformation region in the region of a connection surface are heated in advance to a relative to the ambient temperature elevated temperature.
  • this temperature is more than 70 ° C.
  • thermosetting adhesive when using an adhesive bond to a thermosetting adhesive, it is preferably provided that the temperature is between 70 ° C and 170 ° C.
  • the Indian Fig. 1 fuel injector 10 shown greatly simplified is designed as a so-called common rail injector, and is used to inject fuel into the combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injector 10 has an injector housing 11, which consists essentially of metal and may have a multi-part design, in which at least one, preferably several injection openings 12 for injecting the fuel are arranged on the side facing the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • this forms a high pressure chamber 15, in which a nozzle needle 16 serving as an injection member is arranged in a liftable manner in the direction of the double arrow 17.
  • a nozzle needle 16 serving as an injection member is arranged in a liftable manner in the direction of the double arrow 17.
  • this forms together with the inner wall of the high-pressure chamber 15 and the injector 11 a sealing seat, so that the injection openings 12 are at least indirectly closed, such that the injection of fuel from the high-pressure chamber 15 in the Combustion chamber of the internal combustion engine is avoided.
  • the nozzle needle 16 In the other, not shown, lifted from the sealing seat position of the nozzle needle 16, this releases the injection openings 12 for injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the movement of the nozzle needle 16, in particular for releasing the injection openings 12, takes place in a manner known per se by means of an actuator, not shown, which is connected via a voltage supply line 18 from a control device of the Internal combustion engine is controlled.
  • the actuator may in particular be a magnetic actuator or else a piezoactuator.
  • the supply bore 19 is also connected via a fuel connection, not shown, with a fuel line 22, which in turn is coupled to a fuel reservoir 25 (rail).
  • a blind hole-shaped recess 24 is formed (in Fig. Fig. 3 ), so that the wall thickness of the injector 11 in the region of the recess 24 is reduced.
  • the injector housing 11 may also have a flattening, in the region of which the wall thickness of the injector housing 11 is reduced.
  • the preferably flat base 26 of the recess 24 forms part of a deformation region 27.
  • the injector 11 is arranged for example in operative connection with a branch 28, which in turn opens into the supply hole 19.
  • the fuel pressure currently prevailing in the supply bore 19 also acts in the injector housing 11 on the side facing away from the recess 24.
  • the wall section 29 of the injector housing 11 acts on the recess 24 facing side as a deformation region 27 in the manner of an elastically deformable membrane, wherein the deformation, which forms as a curvature, the higher the instantaneous fuel pressure in the supply bore 19 or the branch 28 is, the greater.
  • the fuel injector 10 has a measuring device 30 ,
  • the measuring device 30 has a sensor element 32 embodied by way of example as a piezoelement 31.
  • the sensor element 32 is connected to a sensor element 32 in FIG FIGS. 2 and 3 recognizable cohesive connection 35 in the region of the base 26 of the recess 23 connected to the injector housing 11.
  • the sensor element 32 has a planar connecting surface 36 on the side facing the deformation region 27.
  • the sensor element 32 which is at least approximately circular in cross-section, is provided over only in the Fig. 1 cable connection 37 shown connected to an evaluation or an evaluation algorithm, which, however, if necessary, can also be arranged directly on the sensor element 32 and the measuring device 30 itself.
  • the deformation region 27 bulges in the region of the piezoelectric element 31 to the outside, being characterized by the at least substantially as a rigid assumed cohesive connection 35 between the deformation region 27 and the piezoelectric element 31 in the piezoelectric element 31 electrical voltages are generated in dependence on the height of the strains or tensile stresses in the deformation region 27, which serve indirectly to determine the position of the nozzle needle 16.
  • the integral connection 35 is formed as an adhesive bond 38 using a thermosetting adhesive.
  • the cohesive connection 35 is alternatively designed as a soldered or welded connection.
  • the two joining partners ie the injector housing 11 and the sensor element 32 at least partially, but preferably completely on one be heated above the room temperature.
  • This temperature is at least 70 °, when using a thermosetting Adhesive preferably between 70 ° C and 170 ° C.
  • the heating takes place at least in the deformation region 27 of the injector housing 11 as well as at the connecting surface 36 of the sensor element 32 facing the deformation region 27.
  • the joining partners participating in the cohesive connection 35 shrink during cooling, so that compressive stresses are generated in the sensor element 32 or the piezoelement 31. These reduce the maximum occurring strains or tensile stresses in the piezoelectric element 31 or in the sensor element 32 during the actual operation of the fuel injector 10, in particular when the operating temperature is elevated relative to the ambient temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (15) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) angeordnete Versorgungsbohrung (19) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (15) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (12) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (12) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (16), und mit einer Messeinrichtung (30) zur zumindest mittelbaren Erfassung des Drucks im Hochdruckraum (15) oder der Versorgungsbohrung (19), wobei die Messeinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine elastische Verformung eines zumindest mittelbar mit der Versorgungsbohrung (19) oder dem Hochdruckraum (15) in Wirkverbindung angeordneten Verformungsbereichs (27) zu erfassen, wobei die Messeinrichtung (30) ein Sensorelement (32) aufweist, das mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (35) mit dem Verformungsbereich (27) verbunden ist, und wobei das Sensorelement (32) dazu ausgebildet ist, in dem Verformungsbereich (27) auftretende Zug- oder Druckspannungen zu detektieren. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die stoffschlüssige Verbindung (35) dazu ausgebildet ist, dass bei deren Herstellung das Sensorelement (32) zumindest im Bereich einer Verbindungsfläche (36) und der Kraftstoffinjektor (10) zumindest im Verformungsbereich (27) auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur erwärmbar sind.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffinjektors nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
  • Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffinjektors nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs sind aus der nachveröffentlichten DE 10 2014 209330 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor wird insbesondere zur Erkennung des Zeitpunkts des Schließens der Düsennadel, bei dem diese auf ihren Sitz im Injektorgehäuse auftrifft und dadurch im Injektorgehäuse ausgebildete Einspritzöffnung zumindest mittelbar verschließt, eine Messeinrichtung mit einem Sensorelement verwendet, das im Bereich einer Versorgungsbohrung am Injektorgehäuse angeordnet ist. Die Versorgungsbohrung versorgt einen Hochdruckraum, in dem auch die Düsennadel angeordnet ist, mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff. Insbesondere weist das Injektorgehäuse im Bereich der Messeinrichtung einen Verformungsbereich auf, der in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks in der Versorgungsbohrung elastisch deformierbar ausgebildet ist. Bei einer Druckerhöhung in der Versorgungsbohrung wölbt sich der Verformungsbereich nach außen hin, was mittels des Sensorelements detektierbar ist. Das Sensorelement ist mittels einer Klebeverbindung mit dem Verformungsbereich verbunden und dazu ausgebildet, in dem Kontaktbereich zum Injektorgehäuse auftretende Dehnungen bzw. Zugspannungen zu erfassen, wobei die Größe bzw. Höhe der Dehnungen in Abhängigkeit von dem Druck in der Versorgungsbohrung ist. Charakteristisch beim angesprochenen Verschließen der Einspritzöffnungen durch die Düsennadel ist es, dass dadurch ein (relativ starker bzw. schneller) Druckanstieg in der Versorgungsleitung stattfindet, da kein Kraftstoff mehr über die Einspritzöffnungen abgegeben wird, wobei der Druckanstieg mittels des Sensorelements erfasst wird.
  • Während des Betriebs der Brennkraftmaschine weist diese gegenüber der Umgebungstemperatur eine erhöhte Betriebstemperatur auf, die sich über das Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors auch auf den Bereich der Messeinrichtung überträgt, selbst wenn die Messeinrichtung in einem relativ brennraumfernen Bereich des Kraftstoffinjektors angeordnet ist. Bei dem Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfolgt das Verkleben des Sensorelements mit dem Verformungsbereich während der Fertigung des Kraftstoffinjektors bei üblichen Raumtemperaturen von beispielsweise etwa 20°C. Wird nun ein derartiger Kraftstoffinjektor in einer Brennkraftmaschine bei Betriebstemperatur betrieben, so dehnen sich der Kraftstoffinjektor im Bereich des Verformungsbereichs und das Sensorelement sowie der Klebstoff aufgrund der Wärmeausdehnungskoeffizienten der angesprochenen Elemente bereits ohne Vorhandensein eines Kraftstoffdrucks beispielsweise in der Versorgungsbohrung aus, so dass über die Klebeverbindung in dem Sensorelement Dehnungen bzw. Zugspannungen erzeugt werden, obwohl der Verformungsbereich des Kraftstoffinjektors noch keiner Deformation bzw. Verformung aufgrund des Kraftstoffdrucks unterworfen ist. Diese Spannungen wirken sich im Idealfalls während des Betriebs auf das Sensorsignal nicht aus, oder aber sie können bei der Auswertung der Daten des Sensorelements durch einen entsprechenden Auswertealgorithmus berücksichtigt werden. Die während des Betriebs insbesondere in dem Sensorelement sowie der Klebstoffmasse auftretenden Spannungen sind jedoch relativ hoch, da sich diese sowohl aus den Spannungen hervorgerufen durch die Betriebstemperatur bzw. der Ausdehnung der Bauteile, als auch aus den Spannungen hervorgerufen durch den Kraftstoffdruck zusammensetzen. Derartige, relativ hohe Dehnungen bzw. Zugspannungen sind sowohl für die Lebensdauer der Klebeverbindung als auch für die Lebensdauer des Sensorelements als kritisch zu bewerten.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffinjektors nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs derart weiterzubilden, dass die mittels des Sensorelements erfassten Dehnungen bzw. Zugspannungen gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine bei Betriebstemperatur, herabgesetzt sind. Dadurch soll die Verbindung zwischen den Bauteilen über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors betrachtet bessere Eigenschaften aufweisen und das Sensorelement geringeren Belastungen ausgesetzt sein.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor, insbesondere einem Common-Rail-Injektor, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die stoffschlüssige Verbindung dazu ausgebildet ist, dass bei deren Herstellung das Sensorelement zumindest im Bereich einer Verbindungsfläche und der Kraftstoffinjektor zumindest im Verformungsbereich auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur erwärmbar sind.
  • Dadurch wird bewirkt, dass die Bauteile im Verbindungsbereich zwischen dem Sensorelement und dem Injektorgehäuse aufgrund der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile gegenüber der Raumtemperatur vergrößert ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung des Kraftstoffinjektors bewirkt, dass bei der erwähnten erhöhten Temperatur mittels des Sensorelements keine Dehnungen bzw. Zugspannungen in das Sensorelement eingebracht werden, die Bauteile somit spannungsfrei sind. Bei einer nach der Fertigung stattfindenden Abkühlung des Kraftstoffinjektors kommt es aufgrund der Schrumpfung der Bauteile zu Druckeigenspannungen in der Klebestelle und im Sensor, die den im Betrieb des Kraftstoffinjektors in der Brennkraftmaschine auftretenden Dehnungen bzw. Zugspannungen in dem Sensorelement entgegenwirken und diese so abschwächen. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass die maximal auftretenden Dehnungen bzw. Zugspannungen gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind. Ergänzend wird erwähnt, dass der Erfindungsgedanke nicht nur bei den eingangs erwähnten Verbindungen zwischen dem Verformungsbereich und dem Sensorelement über eine Klebeverbindung anwendbar ist, sondern grundsätzlich bei allen stoffschlüssigen Verbindungen zwischen dem Sensorelement und dem Kraftstoffinjektor. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der stoffschlüssigen Verbindung ist diese als Klebeverbindung unter Verwendung eines warmaushärtenden Klebstoffs ausgebildet. Ein derartiger Klebstoff ist besonders vorteilhaft, da er bei den üblichen Betriebstemperaturen eine besonders hohe Festigkeit der Verbindungsstelle zwischen dem Kraftstoffinjektor und dem Sensorelement ermöglicht.
  • Wie bereits erwähnt, ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verformungsbereich des Kraftstoffinjektors und dem Sensorelement nicht auf Klebeverbindungen beschränkt. So ist es in alternativer Ausgestaltung der stoffschlüssigen Verbindung vorgesehen, dass diese als Löt- oder Schweißverbindung ausgebildet ist.
  • Um eine bestmögliche Verbindung zwischen dem Kraftstoffinjektor im Bereich des Verformungsbereichs und dem Sensorelement zu ermöglichen, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Verformungsbereich und das Sensorelement im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung jeweils eben ausgebildet sind.
  • Besonders bevorzugt ist darüber hinaus eine Anordnung des Verformungsbereichs im Bereich der Versorgungsbohrung oder eines mit der Versorgungsbohrung in Wirkverbindung angeordneten Abzweigs. Beide Anordnungen haben den Vorteil, dass sie eine relativ brennraumferne Anordnung des Sensorelements bzw. der Messeinrichtung ermöglichen, so dass die dort während des Betriebs auftretenden Temperaturen, gegenüber einem brennraumnahen Anbauort, reduziert sind. Darüber hinaus ist es bei Verwendung eines Abzweigs, der mit der Versorgungsbohrung in Wirkverbindung angeordnet ist, möglich, das Sensorelement in Umfangsrichtung des Kraftstoffinjektors betrachtet an nahezu jeden beliebigen Ort anzuordnen, um damit ggf. der Einbausituation des Kraftstoffinjektors in der Brennkraftmaschine berücksichtigen zu können.
  • Weiterhin wird erwähnt, dass die erfindungswesentliche Idee zur Reduzierung der Dehnungen bzw. Zugspannungen, die von dem Sensorelement erfasst werden, auf unterschiedliche Arten von Sensorelementen anwendbar ist. Besonders bevorzugt sind jedoch Sensorelemente, die als Piezoelement ausgebildet sind oder zumindest einen Dehnmessstreifen aufweisen.
  • Besonders einfach lässt sich der Verformungsbereich am Injektorgehäuse dadurch ausbilden, dass dieser im Bereich einer sacklochförmigen Vertiefung oder einer Abflachung angeordnet ist.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffinjektors, insbesondere eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, bei dem ein Injektorgehäuse in einem sich in Abhängigkeit eines Kraftstoffdrucks elastisch verformenden Verformungsbereich mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit einem Sensorelement verbunden wird, wobei das Sensorelement dazu ausgebildet ist, im Verformungsbereich auftretende Zug- oder Druckspannungen zu erfassen. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass bei der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung der Kraftstoffinjektor zumindest im Verformungsbereich und das Sensorelement zumindest auf der dem Verformungsbereich zugewandten Seite im Bereich einer Verbindungsfläche vorab auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur erwärmt werden.
  • Um bei den Betriebstemperaturen des Kraftstoffinjektors den Effekt der reduzierten Dehnung bzw. Zugspannungen zu erzielen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass diese Temperatur mehr als 70°C beträgt.
  • Bei Verwendung einer Klebeverbindung an einem warmaushärtenden Klebstoff ist es demgegenüber bevorzugt vorgesehen, dass die Temperatur zwischen 70°C und 170°C beträgt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    eine stark vereinfachte, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf den Kraftstoffinjektor im Bereich eines Sensorelements und
    Fig. 3
    einen Schnitt in der Ebene III - III der Fig. 2.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Der in der Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte Kraftstoffinjektor 10 ist als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet, und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine.
  • Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein im Wesentlichen aus Metall bestehendes, ggf. mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 11 auf, in dem auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs angeordnet sind. Innerhalb des Injektorgehäuses 11 bildet dieses einen Hochruckraum 15 aus, in dem eine als Einspritzglied dienende Düsennadel 16 in Richtung des Doppelpfeils 17 hubbeweglich angeordnet ist. In der dargestellten, abgesenkten Stellung der Düsennadel 16 bildet diese zusammen mit der Innenwand des Hochdruckraums 15 bzw. des Injektorgehäuses 11 einen Dichtsitz aus, so dass die Einspritzöffnungen 12 zumindest mittelbar verschlossen sind, derart, dass das Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine vermieden wird. In der anderen, nicht dargestellten, von dem Dichtsitz abgehobenen Position der Düsennadel 16 gibt diese die Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine frei. Die Bewegung der Düsennadel 16, insbesondere zum Freigeben der Einspritzöffnungen 12, erfolgt auf eine an sich bekannte Art und Weise mittels eines nicht dargestellten Aktuators, der über eine Spannungsversorgungsleitung 18 von einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist. Bei dem Aktuator kann es sich insbesondere um einen Magnetaktuator oder aber um einen Piezoaktuator handeln.
  • Die Versorgung des Hochdruckraums 15 mit unter Hochdruck (Systemdruck) stehendem Kraftstoff erfolgt über eine innerhalb des Injektorgehäuses 11 angeordnete bzw. in Bauteilen des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Versorgungsbohrung 19, die insbesondere exzentrisch zur Längsachse 21 des Injektorgehäuses 11 in einem Randbereich des Kraftstoffinjektors 10, zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse 21, verläuft. Die Versorgungsbohrung 19 ist darüber hinaus über einen nicht dargestellten Kraftstoffanschlussstutzen mit einer Kraftstoffleitung 22 verbunden, welche wiederum mit einem Kraftstoffspeicher 25 (Rail) gekoppelt ist.
  • In einem von den Einspritzöffnungen 12 bzw. dem Brennraum axial relativ weit beabstandeten Bereich des Injektorgehäuses 11 ist in dessen Außenwand 23 beispielhaft eine sacklochförmige Vertiefung 24 ausgebildet (Fig. 3), so dass die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Vertiefung 24 reduziert ist. Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle einer sacklochförmigen Vertiefung 24 das Injektorgehäuse 11 auch eine Abflachung aufweisen kann, in deren Bereich die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 reduziert ist.
  • Der vorzugsweise eben ausgebildete Grund 26 der Vertiefung 24 bildet einen Teil eines Verformungsbereichs 27 aus. Auf der der Vertiefung 24 abgewandten Seite des Injektorgehäuses 11 ist das Injektorgehäuse 11 beispielhaft in Wirkverbindung mit einem Abzweig 28 angeordnet, der wiederum in der Versorgungsbohrung 19 mündet. Dadurch wirkt der in der Versorgungsbohrung 19 augenblicklich herrschende Kraftstoffdruck auch in dem Injektorgehäuse 11 auf der der Vertiefung 24 abgewandten Seite. Dadurch, dass die Wanddicke des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Vertiefung 24 reduziert ist, wirkt der Wandabschnitt 29 des Injektorgehäuses 11 auf der der Vertiefung 24 zugewandten Seite als Verformungsbereich 27 in Art einer elastisch verformbaren Membran, wobei die Verformung, welche sich als Wölbung ausbildet, umso größer ist, je höher der augenblickliche Kraftstoffdruck in der Versorgungsbohrung 19 bzw. dem Abzweig 28 ist.
  • Zur Detektion des zeitlichen Verlaufs des Kraftstoffdrucks in dem Abzweig 28 bzw. der Versorgungsbohrung 19 und damit auch in dem Hochdruckraum 15, welcher als Indiz für die augenblickliche Stellung der Düsennadel 16 zur Ansteuerung der Düsennadel 16 verwendet wird, weist der Kraftstoffinjektor 10 eine Messeinrichtung 30 auf. Die Messeinrichtung 30 hat ein beispielhaft als Piezoelement 31 ausgebildetes Sensorelement 32. Das Sensorelement 32 ist über eine in den Fig. 2 und 3 erkennbare stoffschlüssige Verbindung 35 im Bereich des Grunds 26 der Aussparung 23 mit dem Injektorgehäuse 11 verbunden. Das Sensorelement 32 weist auf der dem Verformungsbereich 27 zugewandten Seite eine ebene Verbindungsfläche 36 auf. Darüber hinaus ist das im Querschnitt zumindest in etwa kreisförmige Sensorelement 32 über eine lediglich in der Fig. 1 dargestellte Kabelverbindung 37 mit einer Auswerteeinrichtung oder einem Auswertealgorithmus verbunden, welcher jedoch ggf. auch direkt an dem Sensorelement 32 bzw. der Messeinrichtung 30 selbst angeordnet sein kann.
  • In Abhängigkeit des in der Versorgungsbohrung 19 bzw. dem Abzweig 28 herrschenden Kraftstoffdrucks wölbt sich der Verformungsbereich 27 im Bereich des Piezoelements 31 nach außen, wobei durch die zumindest im Wesentlichen als starr anzunehmende stoffschlüssige Verbindung 35 zwischen dem Verformungsbereich 27 und dem Piezoelement 31 in dem Piezoelement 31 in Abhängigkeit der Höhe der Dehnungen bzw. Zugspannungen in dem Verformungsbereich 27 elektrische Spannungen erzeugt werden, die mittelbar zur Bestimmung der Position der Düsennadel 16 dienen. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist die stoffschlüssige Verbindung 35 als Klebeverbindung 38 unter Verwendung eines warmaushärtenden Klebstoffs ausgebildet. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, dass die stoffschlüssige Verbindung 35 alternativ als Löt- oder Schweißverbindung ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass bei der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung 35 zwischen dem Injektorgehäuse 11 und dem Sensorelement 32, d.h. während des Fertigungsprozesses des Kraftstoffinjektors 10, die beiden Fügepartner, d.h. das Injektorgehäuse 11 und das Sensorelement 32 zumindest partiell, vorzugsweise jedoch vollständig auf eine über der Raumtemperatur liegenden Temperatur erwärmt werden. Diese Temperatur beträgt dabei wenigstens 70°, bei Verwendung eines warmaushärtenden Klebstoffs vorzugsweise zwischen 70°C und 170°C. Die Erwärmung findet zumindest im Verformungsbereich 27 des Injektorgehäuses 11 sowie an der dem Verformungsbereich 27 zugewandten Verbindungsfläche 36 des Sensorelements 32 statt.
  • Nach dem Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung 35 schrumpfen die an der stoffschlüssigen Verbindung 35 teilnehmenden Fügepartner beim Abkühlen, so dass in dem Sensorelement 32 bzw. dem Piezoelement 31 Druckspannungen erzeugt werden. Diese reduzieren während des eigentlichen Betriebs des Kraftstoffinjektors 10 insbesondere bei gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhter Betriebstemperatur die maximal auftretenden Dehnungen bzw. Zugspannungen in dem Piezoelement 31 bzw. im Sensorelement 32.
  • Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims (10)

  1. Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Hochdruckraum (15) ausgebildet ist, der über eine im Injektorgehäuse (11) angeordnete Versorgungsbohrung (19) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit wenigstens einer zumindest mittelbar mit dem Hochdruckraum (15) verbundenen, im Injektorgehäuse (11) ausgebildeten Einspritzöffnung (12) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem die wenigstens eine Einspritzöffnung (12) freigebenden oder verschließenden Einspritzglied (16), und mit einer Messeinrichtung (30) zur zumindest mittelbaren Erfassung des Drucks im Hochdruckraum (15) oder der Versorgungsbohrung (19), wobei die Messeinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine elastische Verformung eines zumindest mittelbar mit der Versorgungsbohrung (19) oder dem Hochdruckraum (15) in Wirkverbindung angeordneten Verformungsbereichs (27) zu erfassen, wobei die Messeinrichtung (30) ein Sensorelement (32) aufweist, das mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (35) mit dem Verformungsbereich (27) verbunden ist, und wobei das Sensorelement (32) dazu ausgebildet ist, in dem Verformungsbereich (27) auftretende Zug- oder Druckspannungen zu detektieren,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die stoffschlüssige Verbindung (35) dazu ausgebildet ist, dass bei deren Herstellung das Sensorelement (32) zumindest im Bereich einer Verbindungsfläche (36) und der Kraftstoffinjektor (10) zumindest im Verformungsbereich (27) auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur erwärmbar sind.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die stoffschlüssige Verbindung (35) als Klebeverbindung (38) unter Verwendung eines warmaushärtenden Klebstoffs ausgebildet ist.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die stoffschlüssige Verbindung (35) als Löt- oder Schweißverbindung ausgebildet ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verformungsbereich (26) und das Sensorelement (32) im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung (35) jeweils eben ausgebildet sind.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verformungsbereich (27) im Bereich der Versorgungsbohrung (19) oder eines mit der Versorgungsbohrung (19) in Wirkverbindung angeordneten Abzweigs (28) angeordnet ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sensorelement (32) ein Piezoelement (31) oder zumindest einen Dehnmessstreifen aufweist.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verformungsbereich (27) im Bereich einer sacklochförmigen Vertiefung (24) des Injektorgehäuses (11) angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffinjektors (10), insbesondere eines Kraftstoffinjektors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Injektorgehäuse (11) in einem sich in Abhängigkeit eines Kraftstoffdrucks elastisch verformenden Verformungsbereichs (27) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (35) mit einem Sensorelement (32) verbunden wird, wobei das Sensorelement (32) dazu ausgebildet ist, in dem Verformungsbereich (27) auftretende Zug- oder Druckspannungen zu erfassen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung (35) der Kraftstoffinjektor (10) zumindest im Verformungsbereich (27) und das Sensorelement (32) zumindest auf der dem Verformungsbereich (27) zugewandten Seite im Bereich einer Verbindungsfläche (36) vorab auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur erwärmt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatur mehr als 70°C beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatur bei Ausbildung einer Klebeverbindung (38) mit einem warmaushärtenden Klebstoff zwischen 70°C und 170°C beträgt.
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